Recenzja pracy doktorskiej mgr. ink. Jacka Konopa pt.

Prof. dr hab. ink. Tomasz KrzyZyliski
Wydzial Technologii i Edukacji
Politechnika Koszalifiska
Koszalin, 19 czerwca 2015
Recenzja pracy doktorskiej
mgr. ink. Jacka Konopa pt.
„Dynamika ukladu pojazd szynowy—tor. Badania symulacyjne i eksperymentalne"
wykonana na zlecenie
Dziekana Wydzialu Samochodow i Maszyn Roboczych
Politechniki Warszawskiej
Promotor: prof. dr hab. in. Roman Bogacz
Promotor pomocniczy: dr in. Robert Konowrocki
Tematyka pracy
Rozprawa doktorska mgr. inZ. Jacka Konopa pcAwiecona jest tematyce dynamiki wzajemnego
oddzialywania pojazdu szynowego i toru, z wykorzystaniem modeli uwzgledniajacych
zutycie podukladow w strefie kontaktu tocznego. Rozpatrzono kilka przypadkow, m. in.
jazdc po torze prostym i zakrzywionym, zroZnicowany stopien zuZycia szyn i 1(61
w pojazdach. Podano podstawowe przyczyny powstawania tego zutycia — tzw. poligonizacji
w przypadku kol oraz tzw. korugacji w przypadku szyn. Zbadano rownieZ wplyw wytarcia
I wadliwego polaczenia szyn na dynamik ukladu pojazd-tor oraz na degradacjc toru.
W pracy opisano autorski system monitorowania ukladu pojazd-tor, oparty na opracowanej
metodyee pomiarow wybranych wielkoki i ocenie stanu technicznego rzeczywistego obiektu.
Pomiary z wykorzystaniem pojazdOw poruszajacych sie po torze dowiadczalnym wykonano
w ramach wieloletniej praktyki intynierskiej mgr. ink. .Tacka Konopa. Badaniom
eksperymentalnym towarzyszylo budowanie modeli obliczeniowych, ktore zastosowano
podczas symulacji komputerowych. Odpowiednie dostrojenie parametrow modeli
symulacyjnych z wynikami eksperymentu pozwolily na zbudowanie systemu
wspomagajacego ocene stanu eksploatowanej infrastruktury kolejowej.
Zakres pracy
Praca sklada sic z 5. rozdzialow, streszczenia w jczyku polskim i angielskim oraz bibliografii
zawierajapej 88 pozycji. Po krotkim wprowadzeniu do tematyki pracy przedstawiono jej eel
i zakres oraz etapy badan sluZace do udowodnienia postawionej tezy. W rozdziale pierwszym
zaprezentowano w sposob usystematyzowany, na tie wiedzy dostcpnej w literaturze, rezultaty
badan w•asnych z zakresu dynamiki oddzialywania w ukladzie pojazd-tor kolejowy.
Najwiccej miejsca powiccono zjawiskom wystcpujqcym w strefie kontaktu, wplywowi
poszczegOlnych skladowych dynamicznyeh w zroZnicowanych wariantach kontaktu, zarowno
„idealnego", jak i pod wp•ywem zuZycia podukladow. Rozpatrzono zroZnicowane warunki
jazdy pojazdu po torze jazda po prostej i po luku, przyspieszanie i hamowanie pojazdu
szynowego, przejazd przez polaczenie szyn ze szczeling. Przedstawiono szereg przykladOw
zuZycia warstw wierzclmich, zarowno 1(61 pojazdow szynowyeh, jak i szyn, wraz
z przykladowymi rozk•adami naprcZen i opisem zjawisk wystcpujacych w tych warstwach.
Osobny podpunkt pracy pcAwiccono analizie wplywn stanu pocattkowego powierzchni
tocznych na proces degradacji struktury materialu warstw wierzchnich oddzialywujacych kol
i szyn. W czcki teoretycznej omowiono zjawisko drgan samowzbudnych i jego
wystcpowanie w rozpatrywanych ukladach. Za pomoca. modelu numerycznego,
z wykorzystaniem narzgdzia programowego o nazwie Vi-Rail, przeprowadzono badania
symulacyjne, ktorych wyniki sq. zgodne z wynikami pomiarow.
W rozdziale drugim zaprezentowano krotko aspekt „falowy" oddzialywania pojazd szynowytor, tzn. uwzglcdnienie wystcpowania fal biegnacych w obiektach badañ wraz z ich modelami
matematycznymi. Rozpatrzono fale bieZace na powierzchni tocznej kola, za pomoca_
najprostszych modeli belkowych oraz modeli uwzgledniajEkcych krzywiznc kola.
W odniesieniu do toru kolejowego, zwrocono uwagc na potrzebc jego modelowania jako
ukladu o okresowych wlasnokiach struktury i wzbudzenia, co pozwoliloby na badanie drgañ
samowzbudnych. W czcki obliczeniowej podano wyniki w zakresie sil kontaktu oraz
wspolczynnikow zuZycia w przypadku wymuszenia generowanego podczas jazdy po
zuZytej szynie.
W rozdziale trzecim przedstawiono wplyw wybranych ezymaikow, wlaczaja .c zmianc
obeia_Zen dynamicznych w ezasie wieloletniej eksploatacji, na trwalo§e ukladu kolo—szyna
oraz na komfort i spokojnok jazdy. Omowiono tzw. poziomy utrzymania pojazdow
kolejowych w zaprojektowanym przez wytwOrcc ezasie eksploatacji oraz wybrane problemy
trwaloki eksploatacyjnej torn. Osobny podpunkt powiccono badaniu wplywn geometrii torn
na zuZycie warstwy wierzchniej kola. Zaprezentowano rownieZ przykladowe wyniki
pomiarow przyspieszen elementow zawieszenia zarejestrowane podczas przejazdu pojazdow
w zrOZnicowanych warunkach resorowania wagonu bib zespolu trakcyjnego. W czcki
teoretycznej wykorzystano uzyskane wyniki do zaprezentowania metodologii szacowania
komfortu i spokojnoki jazdy.
Rozdzial czwarty powiccono prezentacji metod pomiarn i przetwarzania danych uzyskanych
podczas przejazdu zestawow kolowych z roZnymi prcdkokiami w warunkach rzeczywistej
2
eksploatacji. Opisano sposob umiejscowienia czujnikOw przyspieszenia na pojazdach oraz
dwi.e metody obrobki i prezentacji danych — klasyczna, szybkft transformacje Fouriera,
rzadziej stosowana, transformacjc Karhunena-Loeva oraz oceny na podstawie gcstoki
widmowej przyspieszenia.
Rozdzial piaty stanowi dwustronicowe podsumowanie pracy oraz specyfikacjc glownych
obszarow badan teoretycznych i dogwiadczalnych, ktore naleZy zdaniem Autora podejmowao
w celu zapewnienia bezpiecznej i komfortowej eksploatacji infrastruktury kolejowej.
Najwainiejsze rezultaty naukowe
Tematyka pracy zawiera sic w nowoczesnym obszarze badawczym zwiaganym
z monitorowaniem stanu technicznego zloZonych ukladOw mechanicznych (ang. Structural
Health Monitoring — SHM), choe w pracy nie ma bezpo§rednich odniesien do tak
sformulowanej problematyki. SHM okrelany jest w literaturze jako caloksztalt dzialan
wspomagakcych wykrywanie uszkodzen np. w konstrukcjach lotniczych, budowlanych
i inZynierskich. W przypadku infrastruktury kolejowej, literatura z tego zakresu dotyczy
przede wszystkim monitorowania procesow sterownia pojazdem szynowym oraz dynamiki
wzajenmego oddzialywania ukladu pojazd-tor kolejowy i jej wplywu na bezpieczenstwo
i komfort eksploatacji. Problematyka monitorowania stanu infrastruktury kolejowej zostala
w ostatnich latach podjcta in. in. w ramach projektu MONIT. Autor recenzowanej pracy
doktorskiej prowadzil badania pelniac odpowiedzialne funkcje w firmie PESA SA, bcdqcej
partnerem „przemyslowym" w projekcie. Zagadnienia przedstawione przez Autora pracy
stanowia_ watny wklad w rozwoj systemOw monitorowania infrastruktury kolejowej
(wiftczajgc do niej rownieZ eksploatowane pojazdy szynowe), widziane z perspektywy
badacza z dutym dowiadczeniem praktycznym. Ponadto, wzrost prcdkoki poruszania sic
pojazdow szynowych wymusza koniecznok rozwijania metod i procedur badawczych w celu
zapewnienia bezpieczenstwa transportu dobr i podroZowania, a w niektorych krajach
rozwinictych koniecznok stalego monitorowania stanu infrastruktury kolejowej jest
wymagana przez odpowiednie uregulowania prawne.
Ze wzglcdow wyZej wymienionych, „usystematyzowanie typowych przyczyn
nieprawidlowego oddzialywania pojazdu szynowego z torem (...) oraz podanie podstaw
klasyfikacji tego oddzialywania", (...) jako rodek „do poprawy bezpieczenstwa, komfortu
przewozu pasaZerow i wydluZenia okresu eksploatacji zarowno pojazdOw, jak
i infrastruktury" jest jednym z waZniejszych osiunico recenzowanej rozprawy. Cytowane
powyZej sformulowanie jest jednoczekie teat pracy, ktorft po jej uwa2nej i refleksyjnej
lekturze moZna uznae za udowodnionft. Przy ocenie pracy na uwagg zastuguje identyfikacja
czynnikOw, ktore mog . mice wplyw na wlasnoki eksploatacyjne ukladu pojazd szynowy—tor.
Czynniki brane pod uwage to geometria toru wraz z odpowiedniq konfiguracj4 skladu,
podatnok i wlasnoki tlumiEtce toru i ukladu biegowego pojazdu, wplyw zadawanego
momentu trakcyjnego i hamujgcego oraz wlasnoki materialowe, geometria i stan naprq2eh
w warstwie wierzchniej kola i szyny. Podstawa_ identylikacji ww. czynnikOw byly badania
3
eksperymentalne i symulacje komputerowe przeprowadzone przez mgr. ink. Jacka Konopa
i zaprezentowane w recenzowanej rozprawie.
Wybrane uwagi szczegolowe
W zakresie uwag edytorskich stwierdzam, Ze wystepowanie usterek w opisie rysunkOw,
schematow i zdjee oraz ich slaba jakok, utrudniajft podkZanie za tokiem rozumowania
Autora. Na kilku rysunkach opis przedstawianych wykresow jest nieczytelny (up. Rys. 1.4)
albo nie wystepuje w ogole (np. Rys. 2.21). Mona teZ napotkao braki w opisie osi (up. Rys
1.5 i 4.4 — o odcietych, Rys. 3.10 i 3.11 — o§ rzednych). Wide rysunkow jest
pomniejszonych do granicy rozdzielczoki oka ludzkiego (up. Rys. 1.38-1.43), a jakok'
niektorych fotografii jest bardzo slaba (np. Rys. 1.7). Z Rys. 4.1 nie wynika, gdzie
umiejscowione sa czujniki przyspieszenia, a taki byl chyba cel zamieszczenia tej fotografii.
Na zakonczenie nalaty zwrocio uwage na sformulowanie tezy pracy (str. 12), gdzie zdaniem
Recenzenta brakuje orzeczenia.
Uwagi dotyczace dostrzeZonych drobnych usterek edytorskich przekazano Autorowi.
W zakresie uwag mery-torycznych ukNlenia wymagajftnastepujkce kwestie. Czy rozwiazanie
dynamiki wiefica kola nie powinno spelniae warunku cykliczno§ci, z okresem rownym
obwodowi kola? Czy wyraZenie wystepukce we wzorze jest relacjft pomiedzy predkokik
fazowft a predkogcia grupowk fall bie2ftcej? W jaki sposob zdefiniowano wspolczynnik
zuZycia zilustrowany na Rys. 2.14? Nie wiadomo, czy wzory podane na stronach 91-94 sa r
zacerpnitluy,zeZsanowiftkldAur zein?Coac
okreSienie „stwierdzenie zaniZaja_ce" (str. 66)? Z tekstu pracy nie wynika, jak naleZy
interpretowao vvykresy przedstawione na Rys. 2.16. Czy Rys. 1.52 ilustruje rozwatania
zawarte w punkcie pracy „Zjawiska zachodzape podczas hamowania"?
Zarowno przedstawione powy2ej uwagi szczegolowe, jak i uwagi edytorskie nie umniejszak
wartogei naukowej pracy i nie wplywaja na wniosek koncowy.
Wniosek koneowy
Recenzowana praca zawiera rozwikzanie istotnego z punktu widzenia inZynierskiego zadania
naukowego. Zaprezentowano wlakiwe metody badawcze, a uzyskane rozwiftzanie jest
przydatne dla praktykow odpowiedzialnych za eksploatacje §rodkow transportu szynowego.
W gwietle obowiazujacej Ustawy o stopniach naukowych naleZy uznao, 2e przedkladana
rozprawa spelnia stawiane tam kryteria (art. 13 pkt. 1). Niniejszym wnioskuje
o przeprowadzenie publicznej obrony rozprawy doktorskiej mgr. ink. Jacka Konopa na
Wydziale Samochodow i Maszyn Roboczych Politechniki Warszawskiej.
4